Efeito do campo elétrico na inativação de enzimas do caldo de cana durante aquecimento ôhmico

Abstract

Em razão do Brasil ser o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, e diante do grande potencial mercadológico dos sucos de frutas industrializados, o consumo de caldo de cana poderia ser melhor explorado. Para tanto, é necessária a melhora da qualidade higiênico-sanitária do produto e a aplicação de um processamento adequado que permita aumentar a vida útil do mesmo. O aquecimento ôhmico (AO) é uma tecnologia emergente que pode ser utilizada para pasteurizar o caldo de cana, mantendo suas características nutricionais e sensoriais, uma vez que apresenta maior taxa de aquecimento em relação ao aquecimento convencional. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência do AO na inativação enzimática da peroxidase (POD), enzima responsável pelo escurecimento enzimático, na degradação de cor e na estabilidade de compostos fenólicos. Inicialmente, foram avaliados os tratamentos térmicos, convencional e ôhmico, em diferentes temperaturas (60, 70, 75 e 80 °C), mantendo o mesmo histórico de temperatura/tempo para uma possível inferência sobre os efeitos elétricos da tecnologia de aquecimento ôhmico. Nas temperaturas testadas, o campo elétrico moderado (MEF) promoveu ativação da POD a 60 °C e uma maior inativação a 80 °C, quando comparado com a tecnologia convencional; em ambas as temperaturas, após 12 minutos de tratamento, foi possível observar efeitos não térmicos uma vez que houve diferença significativa entre os tratamentos térmicos ôhmico e convencional. Por outro lado, nos tratamentos a 70 e 75 °C não houve diferença significativa entre os dois tipos de tratamento térmico. Para todas as condições de temperatura testada, não houve diferença na degradação de compostos fenólicos totais e flavonoides entre os tipos de tratamento térmico. Em uma segunda etapa do trabalho, avaliou-se a influência da frequência (10, 60, 1.000, 10.000 e 100.000 Hz), do gradiente de tensão (3,9 e 20,5 V/cm) e da forma de onda (senoidal, quadrada, triangular e pulsada) do MEF a 75 °C na inativação enzimática e na estabilidade dos compostos fenólicos. Similarmente, não foi observado efeito adicional não térmico na inativação enzimática, indicando que o MEF não alterou a configuração estrutural da POD nas condições trabalhadas; tampouco houve variação no teor de compostos fenólicos. A luminosidade do caldo não foi alterada durante a fase isotérmica, porém nas 3 condições experimentais de 10 Hz de frequência, 20,5 V/cm de tensão e onda quadrada foram observadas alterações de cor no caldo após 25 minutos de tratamento. Avaliando os mesmos parâmetros, porém a 60 e a 80 °C, verificou-se ativação (principalmente a 10 Hz) e maior inativação (principalmente a 10 kHz) da POD, respectivamente. Novamente, a cor do suco foi modificada usando baixa frequência (possivelmente devido a reações eletroquímicas) e diferentes formas de onda. Na última etapa do trabalho, diferentes frações de caldo de cana (líquido, sólido e concentrado) foram tratadas termicamente (com e sem MEF) para investigar o efeito de diferentes componentes da amostra na inativação da peroxidase. Além disso, soluções comerciais de peroxidase com e sem a adição de sacarose também foram avaliadas durante o aquecimento ôhmico e convencional. Observou-se que as amostras tratadas ohmicamente apresentaram maior inativação enzimática do que aquelas tratadas por aquecimento convencional. Além disso, a presença de açúcar promoveu um efeito protetor na estabilidade da enzima, retardando sua desnaturação. Frente ao exposto, pode-se concluir que o campo elétrico moderado apresenta um efeito adicional não térmico na ativação e inativação da enzima que pode ser explorado em diversos processos enzimáticos da indústria de alimentos. Para o caldo de cana, a tecnologia de aquecimento ôhmico pode ser aplicada como alternativa para pasteurização, evitando- xi se o uso de baixas frequências e onda quadrática, sem comprometer a composição fenólica nem o aspecto visual (cor) da bebida.

The consumption of sugarcane juice could be better exploited in Brazil because the country is the world's largest producer of sugarcane and presents a great market potential for processed fruit juices. For this, it is necessary to increase its shelf life by improving the hygienic-sanitary quality of the product and by application of appropriate processing conditions. Ohmic heating (OH) is an emerging technology that can be used to pasteurize the cane juice, maintaining its nutritional and sensorial characteristics, since it presents higher heating rates when compared to the conventional heating. This study aimed to evaluate the influence of OH on peroxidase (POD) enzymatic inactivation (enzyme responsible for enzymatic browning), on color changes and on the degradation of phenolic compounds. Initially, conventional (CH) and OH treatments were evaluated at different temperatures (60, 70, 75 and 80 °C). Both technologies were applied with the same temperature profile, allowing inferences about the electrical effects of the OH technology. The moderate electric field promoted an activation effect on POD activity at 60 °C (close to the optimum temperature of the enzyme) and an extra inactivation effect at 80 °C after 12 minutes of treatment. For these two temperatures, it was possible to observe non-thermal effects since there was a significant difference between the CH and OH thermal treatments. On the other hand, for treatments at 70 and 75 °C, there were no significant differences between the two types of thermal treatments. Moreover, for all temperatures, no differences in the degradation of total phenolic and flavonoids compounds between OH and CH treatments were observed. In the second stage of the study, the influence of the frequency (10, 60, 103, 104 and 105 Hz), voltage gradient (3.9 e 20.5 V/cm) and the waveform (sinusoidal, square, triangular and pulsed) of the moderate electric field (MEF) at 75 °C on POD inactivation and stability of the phenolic compounds was evaluated. Similarly, no additional non-thermal effect on enzymatic inactivation was observed, indicating that MEF did not alter the structural configuration of POD under the analyzed conditions; moreover, there were no variation in the phenolic compounds content. The luminosity of the juice was not altered during the isothermal phase, however, with the use of the 3 experimental conditions, 10 Hz, 20.5 V/cm and square wave, color changes were observed in the beverage after 25 minutes of treatment. The same evaluation was performed for temperatures of 60 and 80 °C; results showed MEF effect on POD activation (mostly at 10 Hz) and inactivation (mainly at 10 kHz), respectively. Again, the juice color was modified using low frequency (possibly due to electrochemical reactions) and different waveforms. In the last part of the study, different fractions of cane juice (liquid, solid and concentrate) were thermally treated (with and without MEF) to investigate the effect of different components of the sample on inactivation of peroxidase. In addition, commercial solutions of peroxidase with and without the addition of sucrose were also evaluated during CH and OH. It was observed that the ohmically treated samples showed greater enzymatic inactivation than those treated by conventional heating. Furthermore, the presence of sugar promoted a protective effect on the stability of the enzyme, delaying its denaturation. Overall, results demonstrated that MEF showed an additional effect on POD activation and inactivation which can be used in many enzymatic processes of food industry. For sugar cane juice, the OH technology can be applied as an alternative for pasteurization, avoiding low frequencies and square waveform, without compromising the phenolic composition and the visual appearance (color) of the beverage.